整体模型如下:
Matlab/Simulink搭建的电力系统电流保护模型采用辐射型单电源供电的运行方式
- Ⅰ段保护的搭建
Ⅰ段保护为瞬时速断保护,根据Ⅰ段整定原则确定整定值。线路发生短路故障时,短路电流急剧增大;超过设置的整定值时,使能子系统模块改变信号为 1 并保持信号,经过逻辑判断出故障信号后传输给断路器模块,断路器断开切除故障。
- Ⅱ段保护模型的搭建
作为Ⅰ段保护的后备保护,Ⅱ段保护有0.5 s 的时限,由数据转换类型模块和延时模块实现。与Ⅰ段保护一样,通过傅里叶模块取得电流幅值并与整定值比较。Ⅱ段保护的范围比Ⅰ段保护的范围大,其整定值一般比Ⅰ段整定值小。与Ⅰ段保护不同,Ⅱ段有时限,需要利用逻辑模块构成后备保护功能。短路故障发生且Ⅰ段保护拒动时,Ⅱ段保护才会产生信号动作切除故障。
- Ⅲ段保护模型的搭建
作为本级线路的近后备保护和下级线路的远后备保护,Ⅲ段保护的整定值比Ⅰ段保护和Ⅱ段保护的整定值小,时限和Ⅱ段的时限呈阶梯递增状(。Ⅲ段保护不仅要判断Ⅰ段和Ⅱ段保护是否故障,还要判断下级线路的断路器是否故障,以此判断保护是否动作。
仿真结果与分析
正常运行时:
正常运行时,该电力系统输电线路负荷电流有效值大约为300A,保护的输出信号保持为1,使得模型中断路器保持闭合状态。
三相接地短路故障时
(1)首端:
设置0.5s时在线路首端发生三相接地短路故障,输电线路上ABC三相的电流从300A迅速上升到3000多A,超过保护I段的整定值,保护的I段在0.5s时,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(2)30%处:
设置0.5s时在线路30%发生三相接地短路故障,输电线路上ABC三相的电流从300A迅速上升到2000多A,超过保护I段的整定值,I段的保护范围在30%以上,保护的I段在0.5s时,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(3)末端(近后备):
设置0.5s时在线路末端发生三相接地短路故障,输电线路上ABC三相的电流从300A迅速上升到1500多A,超过保护II段的整定值,保护的II段在延时0.5s后在1s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(4)下一线路末端短路(远后备):
设置0.5s时在线路下一线路末端发生三相接地短路故障,输电线路上ABC三相的电流从300A迅速上升到1000A左右,超过保护III段的整定值,保护的III段在延时1s后在1.5s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
3.3 两相接地短路时
(1)首端:
设置0.5s时在线路首端发生两相接地短路故障,输电线路上AB两相的电流从300A迅速上升到3000多A,AB相超过保护I段的整定值,保护的I段在0.5s时,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(2)30%处:
设置0.5s时在线路30%发生两相接地短路故障,输电线路上AB两相的电流从300A迅速上升到3000多A,AB相超过保护I段的整定值,保护的I段在0.5s时,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(3)末端(近后备)
设置0.5s时在线路末端发生两相接地短路故障,输电线路上AB两相的电流从300A迅速上升到1500多A,AB相超过保护II段的整定值,保护的II段在延时0.5s后1s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(4)下一线路末端短路(远后备)
设置0.5s时在下段线路末端发生两相接地短路故障,输电线路上AB两相的电流从300A迅速上升到1000A左右,AB相超过保护III段的整定值,保护的III段在延时1s后1.5s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
3.4 两相相间短路时
(1)首端:
设置0.5s时在线路末端发生两相相间短路故障,输电线路上AB两相的电流从300A迅速上升到3000A,AB相超过保护I段的整定值,保护的I段在1s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(2)30%处:
设置0.5s时在线路30%发生两相相间短路故障,输电线路上AB两相的电流从300A迅速上升到2000多A,AB相超过保护I段的整定值,保护的I段在1s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
、
(3)末端(近后备):
设置0.5s时在线路末端发生两相相间短路故障,输电线路上AB两相的电流从300A迅速上升到1000多A,AB相超过保护II段的整定值,保护的II段在延时0.5s后1s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(4)下一线路末端短路(远后备)
设置0.5s时在下段线路末端发生两相相间短路故障,输电线路上AB两相的电流从300A迅速上升到1000多A,AB相超过保护III段的整定值,保护的III段在延时1s后1.5s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
3.5单相接地短路时
(1)首端:
设置0.5s时在线路首端发生单相接地短路故障,输电线路上A相的电流从300A迅速上升到3000多A,A相超过保护I段的整定值,保护的I段在0.5s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(2)30%处:
设置0.5s时在线路30%发生单相接地短路故障,输电线路上A相的电流从300A迅速上升到3000多A,A相超过保护I段的整定值,保护的I段在0.5s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(3)末端(近后备):
设置0.5s时在线路末端发生单相接地短路故障,输电线路上A相的电流从300A迅速上升到1500多A,A相超过保护II段的整定值,保护的II段在延时0.5s后1s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。
(4)下一线路末端短路(远后备)
设置0.5s时在下段线路末端发生单相接地短路故障,输电线路上A相的电流从300A迅速上升到1000多A,A相超过保护III段的整定值,保护的III段在延时1s后1.5s时刻,动作输出信号从1变为0,使断路器跳开。